امروزه استفاده از ابزارهای آلومینیومی رایج­تر شده است. انتخاب صحیح سیم و تکنیک جوشکاری، موثرترین تعمیر قالب را در پی خواهد داشت.

تکنیک جوشکاری مهم ترین عامل پشتیبانی تعمیر صحیح جوش در آلومینیوم است. این تکنیک، شامل جوشکاری دقیق و همچنین در نظر گرفتن شرایط محیطی و پیش­گرم کردن ماده برای از بین بردن تراکم و افزایش قابلیت جوشکاری است. تصویر از “کلینتون آلومینیوم”[۱].

هنگامیکه دقیقاً به آلومینیوم به عنوان ماده­ ی ابزار نمونه­ ی اولیه نگاه شد، آلومینیوم به عنوان گزینه­ های برای قالب­ های تولیدی پیشرفت کرد. با در نظر گرفتن این گزینه، مهم است که نخست به تفاوت بین آلومینیوم و فولاد نگاه کنید و سپس تعیین کنید که چگونه از افزایش هدایت حرارتی آلومینیوم بهره برد بدون آنکه کیفیت قطعه پایین بیاید. همچنین مهم است که مسائل مربوط به قالب در نظر گرفته شوند. تولید یک قطعه با کیفیت با استفاده از قالب آلومینیوم نسبتاً آسان است اما تعمیر این قالب ­ها می تواند چالش برانگیز باشد. برای تضمین تعمیر موفقیت آمیز یک قالب آلومینیوم نیاز به آشنایی با تفاوت­ های بین آلومینیوم و فولاد و آلیاژ آلومینیوم و همچنین نیاز به دانش سیم جوش  و تکنیک ­های مناسب جوشکاری است.

آلومینیوم در برابر با فولاد

امروزه آلیاژهای موجود آلومینیوم جایگزین مناسبی برای فولاد در ابزارکاری می­ باشند. آلومینیوم در ابتدا به علت قیمت ارزان عمدتاً برای تولید نمونه ی اولیه استفاده می شد، اما بعداً به دلیل ارائه چندین مزیت دیگر به گزینه ای عملی برای قالب­ های تولیدی تبدیل شد.

اول از همه، قالب آلومینیوم می­تواند تقریباً قیمتی کمتر از نصف قیمت قالب با جنس فولاد را داشته باشد و همچنین در نصف زمان قابل تحویل است و این به لطف ویژگی­ های­ کلیدی مختلف مواد است. به عنوان مثال، اگرچه فولاد به طور قابل ملاحظه ای محکم­تر از آلومینیوم است، آلومینیوم تنها یک سوم فولاد وزن دارد و برخی مواد آلومینیومی می توانند تحت عملیات قرار بگیرند تا به استحکام قابل مقایسه با فولاد برسند. به این دلیل که آلومینیوم نرم تر از فولاد است آسان تر بریده می شود. ترکیب استحکام بالا و وزن کم باعث شده است آلومینیوم برای استفاده های صنعتی مختلف شامل هوافضا,  خودرو و صنایع جذاب باشد.

مزیت دیگر آلومینیوم نسبت فولاد مقاومت بالا نسبت به خوردگی است. هنگامی که آلومینیوم در معرض هوا قرار می­گیرد یک لایه­ ی نازک آلومینیوم اکسید شکل می­ گیرد که محافظت بیشتری را در برابر خوردگی فراهم می­کند. علاوه بر این آلومینیوم همانند فولاد با کاهش دما ترد و شکننده نمی شود. در واقع استحکام کششی آن افزایش می­ یابد و سختی حفظ می­ شود.

آلومینیوم به خاطر رسانایی گرمایی و الکتریکی شش برابر بهتر از  فولاد شناخته می­ شود و هدایت حرارتی بالای آن نقش مهمی در جوشکاری و تعمیر قالب ایفا می کند که باعث می شود جوش سریع تر جامد شود. این همچنین به یک جوش عملی­ تر و نگه­داری بهتر ماده در محل و سهولت جوش در محل کمک می کند. هدایت حرارتی بالا به این معنی است که انرژی حرارتی اعمال شده برو روی یک بخش از فلز به سرعت به بخش های دیگر انتقال می یابد. این به ماده اجازه می دهد در حالیکه دماهای بالاتری را تحمل می کند ثبات خود را حفظ کند. به هر حال برای جلوگیری از افت کیفیت قطعه آلومینیوم به جوش کاری با حرارت شدید­تر و نرخ بیشتر نیاز می ­باشد، زیرا حرارت به سرعت خارج می شود.

گزینه­ های انتخابی آلیاژ

اگر شما ترجیح می دهیدکه از آلومینیوم برای پروژه ی قالب بعدی­تان استفاده کنید، مهم است که آلیاژ آلومینیوم مناسبی را انتخاب کنید. آلیاژها وقتی ایجاد می شوند که عناصری شامل مس، منیزیم و روی به آلومینیوم پایه اضافه شوند. هر عنصر اضافه شده ویژگی های مفید منحصری را ارائه می کنند که آلومینیوم را بهبود می بخشند.

دو دسته بندی اصلی برای آلیاژهای آلومینیوم وجود دارد: کارپذیر[۲] و ریخته گری شده. آلیاژ کارپذیر در ابتدا همچون شمش ریخته گری می ­شوند و سپس به صورت مکانیکی توسط روش های سرد و گرمی همچون نورد، آهنگری، اکستروژن و شکل­ دهی کار­ می­ شوند تا به شکل مطلوب برسند. نورد برای تولید ورق­ ها، فویل ها و صفحات آلومینیومی استفاده می شوند; آهنگری برای تولید اشکال پیچیده با خواص برتر استفاده می شود و اکستروژن برای تولید لوله ها یا میله ها استفاده می شود. آلیاژهای ریخته ­گری مستقیماً به شکل دلخواه قالب­گیری می­ شوند که آنها را برای کاربردهایی شامل اشکال پیچیده مناسب­ می­کند.

علاوه براین، آلیاژهای ریخته­ گری و کارپذیر به قابل عملیات حرارتی و غیرقابل عملیات حرارتی طبقه ­بندی می­شوند. آلیاژهای قابل عملیات حرارتی حاوی اعناصر آلیاژی هستند که استحکام و حلالیت ماده را از طریق عملیات حرارتی افزایش می­دهند اما ناحیه تحت تاثیرحرارت (HAZ) معمولاً به صورت کامل آنیل نمی­ شود و می­ تواند در استحکام هر جوشی تاثیر بگذارد. آلیاژهای غیر­قابل عملیات حرارتی با استفاده از روش­ های سردکاری مستحکم می­ شوند.

این طبقه بندی­ ها، ملاحظات بسیار مهمی در رابطه با قابلیت جوش ­پذیری و تعمیر قالب آلیاژ آلومینیوم می ­باشند. به دلیل اینکه مواد مشخصی برای فرایندهای جوشکاری خاصی گزینه­ ی مناسب­ تری می­ باشند، بنابراین، روش جوشکاری نیز باید همانطور که قالب ساز مواد بهینه را انتخاب می­کند، در نظر گرفته شود.

برخی از رایج­ترین آلیاژهای آلومینیومی تولیدی مورد استفاده به خانواده سری ۷۰۰۰ تعلق دارند. این آلیاژ ها به دلیل داشتن استحکام بالای قابل مقایسه با فولاد و دوام ­پذیری بهتر از سایر سری­ها، محبوب­ می­ باشند. روی عنصر اولیه­ ی آلیاژ سازی در آلیاژهای آلومینیوم می ­باشد و این عنصر در کنار دیگر عناصری همچون منیزیم و مس به آلیاژها این کمک را می­کند تا در دمای محیط در میان قویترین آلیاژها باشند. افزودن روی آلومینیوم را قابل عملیات حرارتی می­ کند که امکان سخت­ گردانی رسوبی، تکنیک حرارتی استفاده شده برای افزایش استحکام تسلیم، را فراهم می­ سازد. آلیاژهای سری ۷۰۰۰ می توانند از طریق سخت ­گردانی رسوبی به استحکام کششی به بزرگی ۷۰۰ MPa (مگاپاسکال) برسند که در میان آلیاژهای آلومینیوم بیشترین مقدار می ­باشد. پس از اینکه از طریق نوردکاری و فرج­ کاری عناصر آلیاژی پراکنده شدند، عملیات حرارتی موثرترین فرایند می ­باشد. . ترکیب سه فرایند بالا خواص مورد نیازآلومینیوم با استحکام بالا را فراهم خواهد کرد. اگرچه آلیاژهای سری ۷۰۰۰ استحکام در برابر خستگی و قابلیت ماشینکاری خوبی دارند، آن ها نسبت به دیگر آلیاژهای آلومینیوم در مقابل خوردگی دارای مقاومت کمتری می ­باشند که باعث مستعد شدن آنها به ترک تنش خوردگی می­ شود و جوشکاری آنها نیز سخت خواهد شد.

دیگر گزینه­ های محبوب برای کاربردهای قالب تولیدی، آلیاژهای سری­ ۲۰۰۰، ۵۰۰۰ و ۶۰۰۰ می­ باشند. آلیاژهای سری ۲۰۰۰ مانند سری ۷۰۰۰ می­ توانند از طریق افزودن مس تا استحکامی مشابه فولاد، سخت­کاری رسوبی شوند، اما آلیاژهای سری ۲۰۰۰ مقاومت کمتری در برابر خوردگی دارند که آن­ها را نسبت به سری ۷۰۰۰ در برابر ترک تنش-خوردگی حتی آسیب پذیر­تر نیز می­ کند. بسیاری از آلیاژهای سری ۲۰۰۰ به دلیل همین آسیب­ پذیری، غیر­قابل جوشکاری می­ باشند.

آلیاژهای سری ۵۰۰۰ ویژگی­ های منیزیم را بروز می­دهند که برای محلول جامد، استحکام و سخت­کاری-کرنشی بهبود یافته را فراهم می­ کنند و به آنها بیشترین استحکام غیر عملیات حرارتی را در میان آلیاژهای آلومینیوم می­دهند. با این حال به دلیل وجود چنین ویژگی­ هایی، آلیاژهای سری ۵۰۰۰ برای اکسترود شدن جزو سخت­ ترین و گرانترین آلیاژها می­ باشند. این آلیاژها به طور عمده به عنوان اوراق و صفحات و در موارد اندکی به عنوان گزینه ­ای برای قالب­گیری تولید می ­شوند.

آلیاژ آلومینیوم در سری ۶۰۰۰ با ترکیب منیزیم و سیلیکون ایجاد می­شود و آلیاژهای قابل عملیات حرارتی و قوی و اکسترودپذیر به همرا مقاوم در برابر خوردگی شکل می­دهد. با اینکه آلیاژهای سری ۶۰۰۰ بیشترین استفاده را در کاربردهای متداول دارند، آن­ها نمی­توانند به استحکام سری های ۲۰۰۰ و ۷۰۰۰ برسند.

خانواده_­های دیگر آلیاژی (۲۰۰۰ و ۷۰۰۰) معمولاً با فرزهای مشابه ساخت شمش خانواده­های سری ۷۰۰۰ تولید می­ شوند، با این حال، این آلیاژها برای استحکام بیشتر، نوردکاری، فرج­ کاری و عملیات حرارتی نمی­ شوند. در عوض، این آلیاژها به صورت مستقیم به شکل نهایی ریخته­ گری می­ شوند و این امر به آنها خواصی شامل استحکام و قابلیت جوشکاری از طریق ترکیب آلیاژی آن­ها می­دهد به جای اینکه از طریق فرایند تولیدی بدهد. به دلیل اینکه آلیاژهای ریختگی نیاز ندارند که ابتدا به شکل صفحات یا اوراق نوردکاری یا فرج­ کاری شوند، آن­ها می ­توانند برای شکل های پیچیده­ ی محصول به صرفه باشند. با این حال، این آلیاژها دارای استحکامی مشابه استحکام همتاهای نوردکاری شده یا فرج­ک اری شده­ ی خود دارند. آلیاژهای ریختگی به دلیل قیمت نصفشان نسبت به قیمت آلیاژهای سری ۷۰۰۰، برای تولید مدل نمونه گزینه­ ی مطلوبی می­ باشند و برای یک مدل نمونه، یک آلیاژ ضعیف ­تر نیز قابل قبول می­ باشد. یک آلیاژ اصلاح­ شده­ ی سری ۲۰۰۰ به شکل نوردکاری شده یا فر_­­ج­ کاری شده نیز موجود می­ باشد که بالانس خوبی میان ویژگی­های استحکام و قابلیت جوشکاری می­دهد. هر دو شکل آلیاژ به راحتی مطابق خواص انفرادیشان قابل جوشکاری می­ باشند.

وجود ویژگی ­های مطلوب در هر سری از آلیاژها، کاربردهای تولید را برای آن­ها مشخص می­ سازد که مناسب­ترین گزینه باشند. آلیاژهای سری ۷۰۰۰ به دلیل استحکام بالایشان برای کاربردهای با بازده زیاد همچون هوافضا، خودروهای جنگی و لوازم ورزشی استفاده می ­شوند، این درحالی است که آلیاژهای سری ۵۰۰۰ بیشتر مواقع قابل جوشکاری می­ باشند و دارای استحکام غیر عملیات حرارتی می­ باشند که آن­ها را برای انواع کاربردهایی سا، این درحالی است که آلیاژهای سری ۵۰۰۰ بیشتر مواقع قابل جوشکاری می­باشند و دارای استحکام غیر عملیات حرارتی می ­باشند که آن­ها را برای انواع کاربردهایی ساختاری همچون پل­ ها، ساختمان­ ها، بدنه­ های کامیون و قطار، ساختمان کشتی و ظرف فشار مناسب می ­سازد. آلیاژهای سری ۶۰۰۰ راحت ­ترین و به صرفه ترین آلیاژ برای اکسترود کردن می­ باشند، که این امر آن­ها را برای جوشکاری و همچنین برای گستره­ ی وسیعی از شکل­ های اکسترود مناسب می­سازد.

[۱] Clinton Aluminum

[۲] wrought

منبع : اینترنت

برگردان : ایران ملد